一例变频器接地故障处理及改造
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摘 要：电动机的变频控制在化工厂生产装置的过程控制中应用十分广泛，变频器在运行过程中经常会出现过载、接地等报警调速失灵，本文对一起变频器接地报警的特例进行了分析和原因查找，并通过相应的电气改造最终解决了这一问题。
关键词：电动机；变频器；输出滤波器；接地故障
1 前 言
我厂某套化工生产装置于2011年进行了升级改造，升级改造后可以多生产几个牌号的化工产品。在此次升级改造中，相关添加剂系统的两台变频器控制电动机的工作频率需要从50HZ调整至60HZ。在改造调试过程及后续的生产过程中，技术人员发现变频器经常发出接地故障报警。但是技术人员检查确定电动机及电力电缆绝缘良好，不存在接地情况，而且在此之前，两台变频器运行在50HZ工频状态时也从未发出接地报警。于是我们的技术人员戴着疑问，查阅了大量资料并与变频器厂家多次联系后最终确认了变频器频发接地报警的原因并进行了相关改造。
2 电气设备参数及报警现象
电动机A铭牌参数：UN=380V IN=6.62A（50HZ） PN=3.0kW fN=50HZ/60HZ n=1425r/min
电动机B铭牌参数：UN=380V IN=1.3A （50HZ） PN=0.37kW fN=50HZ/60HZ n=1400r/min
两台电动机均采用丹佛斯FC300变频器进行变频控制，在此次改造之前从未发出接地报警。将两台变频器工作最大频率从50HZ调整至60HZ后，技术人员发现变频器运行频率超过56HZ后，变频器经常发出接地报警，当变频器运行频率小于56HZ的时候，变频器基本上不会发出接地报警。技术人员检查电动机及电力电缆绝缘电阻均正常，拆除电缆接线，目测检查电缆外层绝缘良好，绝缘材质无磨损、受伤情况。
查阅VLT FC300操作指南可知：接地故障报警时输出相通过变频器与电动机之间的电缆或者电动机本身向大地放电，请关闭变频器，排除接地故障。
3 接地报警原因分析
我们知道，变频器接地故障报警可以分成两种情况：第一是接地漏电流大，第二是变频器输出回路存在真正的接地故障。当变频器输出回路的负载三相对称时，变频器检测到的三相对称输出电流之和为零；当这一电流之和不为零时，变频器判断三相输出端存在接地故障。当输出电缆较长，电力电缆三相缆芯和大地之间的电容参数可能引起漏电流导致变频器接地报警，但是此种情况与我们遇到的问题实例并不相吻合。
由于当运行频率小于56HZ的时候，变频器基本上不会发出接地报警，于是技术人员初步分析变频器频发接地报警原因很可能和变频器运行频率超过56HZ有关，但是为什么变频器运行频率调高后会发出接地报警呢？
由于电力电缆三相缆芯和屏蔽层（大地）之间、三相缆芯之间都存在分布电容，因此也产生了一定的分布电容电流。电容大小与电缆长度成正比，电容的容抗为XC = 1/ （2π f C），而电容中通过的电流计算公式为IC = UC/XC =2π f C・UC。
由此可见，当电力电缆长度一定时，频率越高，电容电流越高。而变频器输出地电压波形并不是完美的正弦波，其中含有大量的高次谐波，由计算公式可知频率为3kHZ、5kHZ的高次谐波将引起电缆电容电流的急剧增加，当此电流值超过变频器接地报警漏电流门槛值的时候，变频器就会频发接地报警，这与我们遇到的情况时相吻合的。
4 解决方法
限制变频器输出回路电容电流的通用方法是在变频器的输出回路串联交流电抗器，通过交流电抗器对变频器的输出回路进行滤波，滤除高次谐波后，变频器输出电压仅仅剩余工作频率的基波，此时通过电力电缆分布电容的电流将会大大减少，变频器也就不会频发接地报警了。
在查阅了丹佛斯变频器输出滤波器设计指南并与变频器厂家多次联系后，我厂选用了两个输出滤波器分别串联在两台变频器的输出回路中，最终解决了两台变频器频发接地报警的问题。
5 结论
通过本文的案例分析，我们推测当变频器的最大工作频率从50HZ调整至60HZ后，变频器工作频率超过工频后，其频率越高，变频器输出回路的高次谐波越多，输出波形畸变越严重，从而反映到变频器频发接地报警这一现象上来。在变频器输出回路串联了正弦输出滤波器之后，既滤除了输出回路的高次谐波，又解决了变频器频发接地报警的问题，同时也改善了电动机的运行状况，使电动机能够在波形优良的电压输出回路中工作，可谓一举多得。
参考文献：
[1]VLT AutomationDrive FC300操作指南[S].
[2]VLT AutomationDrive FC300使用手册[S].
[3]丹佛斯变频器输出滤波器设计指南[S].
作者简介：李辉（1981-）男，工学学士，工程师，研究方向：供配电维护及试验。
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